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  • La rimozione di linee di atomi in materiali elettronici sottili crea vene che potrebbero avvantaggiare i pannelli solari

    Gli scienziati hanno fatto una scoperta rilevante per le proprietà elettroniche e ottiche dei materiali sottili. Linee di atomi mancanti che attraversano la superficie come vene fungono da "fili" per incanalare elettroni e pacchetti di luce chiamati fotoni, migliorare la capacità del materiale di condurre elettricità e convertire la luce. I difetti si trovano tra linee parallele nell'immagine al microscopio (a sinistra). L'ingrandimento (immagine a destra) mostra due linee parallele ad alta densità di carica su entrambi i lati del difetto lineare che produce il filo. La struttura atomica teorica (a destra, in basso) mostra la linea mancante degli atomi di selenio nell'oro. Credito:Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti

    L'aggiunta di difetti può rendere ancora migliore un buon materiale? Gli scienziati hanno scoperto che i difetti lineari in un film sottile promettente creano fili metallici dello spessore di un atomo. Questi fili attraversano il materiale altrimenti intatto, offrendo un modo per incanalare elettroni e fotoni, piccoli pacchetti di luce. Un team multidisciplinare ha fatto questa scoperta utilizzando le risorse della Molecular Foundry e dell'Advanced Light Source.

    Il team ha lavorato con i dicalcogenuri di metalli di transizione (TMD) perché i materiali hanno caratteristiche ottiche eccezionali. Questa ricerca ha scoperto che un singolo strato TMD potrebbe emettere tanta luce quanto un materiale equivalente che è 10, 000 volte più spesso, spianando la strada verso i più piccoli, dispositivi più efficienti. Ulteriore, il team ha scoperto che i difetti ingegneristici (l'introduzione intenzionale di atomi mancanti o spostati) nei TMD potrebbero modificare le loro proprietà intrinseche. Queste modifiche potrebbero migliorare il materiale o portare a proprietà utili del tutto nuove per la futura conversione dell'energia, computer quantistici e sistemi di comunicazione.

    Nel mondo dei semiconduttori, impurità e difetti possono essere una buona cosa. Modificano le proprietà di materiali come il silicio, e gli scienziati possono sfruttare queste proprietà per sviluppare transistor migliori per computer portatili, smartphone, e celle solari. Recentemente, gli scienziati hanno scoperto una nuova classe di semiconduttori che ha uno spessore di soli tre atomi e si estende su un piano bidimensionale, simile al grafene. Questi semiconduttori bidimensionali, chiamati dicalcogenuri dei metalli di transizione (TMD), hanno caratteristiche ottiche eccezionali. Possono essere trasformati in fotorivelatori ultrasensibili, e un singolo strato TMD emette tanta luce quanto un cristallo TMD tridimensionale composto da 10, 000 strati.

    Negli ultimi anni, gli scienziati si sono chiesti se le impurità e i difetti potrebbero anche modificare le proprietà intrinseche dei DTM, forse in modi che migliorano il semiconduttore o portano a nuove funzionalità. Scienziati della Fonderia Molecolare, in collaborazione con i ricercatori dell'Advanced Light Source, hanno fatto un grande passo avanti per rispondere a questa domanda. Hanno scoperto, con loro sorpresa, come i difetti lineari sostanziali nei TMD creano proprietà completamente nuove. Alcune di queste proprietà indicano che i difetti nei TMD potrebbero persino mediare stati superconduttori.

    Il team ha sintetizzato tre atomi di spessore, strati puliti di diseleniuro di molibdeno, che è un tipo di TMD. Hanno quindi studiato il materiale con un microscopio in grado di visualizzare gli atomi e le loro funzioni d'onda elettroniche. Hanno scoperto un difetto lineare formato da una linea di atomi di selenio mancanti. Questo difetto crea fili metallici spessi un atomo per trasportare elettroni o fotoni attraverso le vene del semiconduttore altrimenti intatte.


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